石油化工裝備焊縫預(yù)熱的組合工裝

賀延偉

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西咸陽 712100

當(dāng)今石化行業(yè)，壓力容器均朝著高參數(shù)、大直徑、厚壁方向發(fā)展。這些非標(biāo)厚壁容器在焊接前需要對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度根據(jù)母材的交貨狀態(tài)、化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能、厚度及焊件的拘束程度等因素確定。Fe1—Fe9b 鋼材的預(yù)熱溫度范圍從15～300℃不等，需要采用合理的工裝滿足這個要求。

最早的預(yù)熱是用氧乙炔氣割手把對焊縫進(jìn)行烘烤，需要專人操作。但這種預(yù)熱保溫效果較差，而且屬于局部預(yù)熱，溫度不均勻，不利于焊接，常出現(xiàn)焊接裂紋和返修等質(zhì)量問題，浪費了大量的人力和物力。

后來采用在無縫鋼管上鉆眼的方式，向管路通入丙烷等可燃?xì)怏w來預(yù)熱焊縫。但火焰達(dá)不到預(yù)熱要求，而且燃?xì)饫寐屎艿?，在使用過程中筒體常被烤黑，材料易滲碳，導(dǎo)致機(jī)械性能和焊接性能下降。另外，因為每種工裝必須與筒體外徑、內(nèi)徑或者形狀相吻合，設(shè)備直徑、形狀經(jīng)常變化，彎管不能重復(fù)使用，必須重新制作，造成材料浪費。

電加熱帶也是一種預(yù)熱方式，雖然預(yù)熱效果比較好，但布置一次需要花費大量的人力、物力。而且用電加熱帶預(yù)熱費用比較昂貴，廠房內(nèi)一般不采用。

本實用新型涉及一種厚壁容器焊前預(yù)熱用的組合工裝，可有效解決以上問題。它是用噴嘴與耐高溫柔性連接管組合成的預(yù)熱裝置，噴嘴噴射出的火焰強(qiáng)勁有力，提高了預(yù)熱效率和燃?xì)饫寐?，同時滿足了不同直徑設(shè)備的預(yù)熱要求，解決了預(yù)熱難和材料浪費的問題。

1 組合預(yù)熱工裝技術(shù)方案簡介

預(yù)熱組合工裝是利用噴嘴、支架、標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通、標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通和耐高溫柔性連接管等組裝起來的一套焊前預(yù)熱裝置，采用螺紋連接。整體結(jié)構(gòu)是經(jīng)加固的雙排噴嘴跨于焊縫兩側(cè)。當(dāng)裝置組裝在筒體外壁時，中間部分用標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通連接，端部用標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通連接，整圈預(yù)熱裝置固定支撐在設(shè)備外部。當(dāng)裝置組裝在筒體內(nèi)部時，須用內(nèi)箍圈支撐，使支座與筒壁貼合；箍圈置于支架上，用細(xì)鐵絲固定；標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通用“U”型螺栓加固，以滿足整體穩(wěn)定性要求。根據(jù)工裝的柔性特點，可以沿預(yù)熱焊縫的形狀組裝，適用范圍廣。

2 部件結(jié)構(gòu)及材料說明

2.1 噴嘴的結(jié)構(gòu)

噴嘴是由螺紋底座、螺紋套管（空氣與燃?xì)饣旌鲜遥┖蛧婎^組裝而成。螺紋底座和噴頭采用Q235B 圓鋼，經(jīng)機(jī)械加工而成。螺紋套管采用Q235B 無縫鋼管，在適當(dāng)位置均勻鉆6 個孔，管內(nèi)部車制螺紋加工而成。最后將各個組件用螺紋連接組合在一起，形成噴嘴。詳見圖1。

圖1 噴嘴組件簡圖

螺紋套管上的圓孔、直徑和位置借鑒火炬引射筒的原理。孔置于噴頭后方，預(yù)熱時用到壓縮空氣，氣流從噴頭噴出，在噴頭后方形成負(fù)壓，將空氣從孔中吸入?？諝?、壓縮空氣與可燃?xì)怏w在套管內(nèi)充分混合，形成可燃?xì)饬?，在噴出方向形成噴射火焰。其預(yù)熱焊縫效率高，燃?xì)饫寐矢?，噴出火焰以淡藍(lán)色為宜（對丙烷來說）。

2.2 噴嘴之間的連接結(jié)構(gòu)

各個噴嘴通過耐高溫柔性管、標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通和標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通連接在一起，形成整圈結(jié)構(gòu)。三通和四通的材料采用鑄鐵，可以滿足溫度要求。具體如圖2 所示。

圖2 耐高溫金屬波紋管、標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通和標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通

對于接管組件，采用S30408 不銹鋼制作的耐高溫柔性管，接頭處采用外螺紋，可用于標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通之間的連接。由于撓性的存在，可以用于任意形狀的場合；接管組件的密封性很好，避免可燃?xì)怏w泄露；溫度范圍比較寬，為- 196～420℃，能滿足預(yù)熱的溫度范圍（15～300℃）要求，在這個溫度范圍內(nèi)耐高溫柔性管有良好的性能，高溫和低溫均能滿足使用要求；柔性管輪廓的彈性特性決定了軟管具有良好的柔軟性和抗疲勞性，使它容易吸收各種運動變形的循環(huán)載荷，可以在這種管路系統(tǒng)中補(bǔ)償大位移量，持久耐用。另外，有些液化氣體溫度很低（如丙烷），在預(yù)熱過程中既是燃料也是冷卻劑，對柔性管的性能有很好的補(bǔ)償作用。

2.3 噴嘴支架

2.3.1 筒體外部的噴嘴支架

預(yù)熱組合工裝用于設(shè)備外側(cè)時，標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通和噴嘴組合后，將其放入支架預(yù)留孔中。支架的預(yù)留孔與三通外徑緊密配合，保證支撐穩(wěn)定性。另外，當(dāng)整圈組合完成后，端部的固定拉緊力對三通和支架的裝配起加強(qiáng)作用，故無需進(jìn)行另外加固。支架采用Q235B 鋼板制作，價格低廉。具體如圖3 所示。

圖3 外部噴嘴與支架的裝配

2.3.2 筒體內(nèi)部的噴嘴支架

預(yù)熱組合工裝用于設(shè)備內(nèi)側(cè)時，標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通和噴嘴組合后，不能保證其裝配的穩(wěn)定性，須采取加固措施。通常給三通外部增設(shè)U 型螺栓，將噴嘴與支架牢固地裝配在一起，防止脫落。U 型螺栓可采用φ5 圓鋼彎制。具體如圖4 所示。

圖4 內(nèi)部噴嘴與支架的裝配

2.3.4 內(nèi)箍圈的設(shè)置

當(dāng)預(yù)熱工裝在設(shè)備內(nèi)部組裝時，由于整套工裝用柔性管連接，剛度差，需要設(shè)置內(nèi)箍圈加強(qiáng)。內(nèi)箍圈用Q235B 圓鋼或者扁鋼彎制，支撐在支架的中間部分，并用細(xì)扎絲加固，使支架貼于筒壁，并使噴嘴跨在焊縫兩側(cè)。

3 組合預(yù)熱工裝的結(jié)構(gòu)形式

預(yù)熱組合工裝的主要結(jié)構(gòu)形式如圖5—圖7 所示。

圖5 筒體外部使用預(yù)熱工裝簡圖

圖7 筒體縱縫使用預(yù)熱工裝簡圖

耐高溫柔性管的使用，使預(yù)熱組合工裝有足夠的韌性，能用于橢圓形封頭、球形封頭等凸型封頭的縱縫和環(huán)縫，以及接管腳焊縫等異形焊縫的預(yù)熱，加固措施可根據(jù)具體情況設(shè)置，使用范圍很廣。

4 預(yù)熱組合工裝的具體組合步驟

（1）首先，按照待預(yù)熱筒節(jié)直徑準(zhǔn)備耐高溫柔性管、標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通、標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通、噴嘴、剛性內(nèi)箍圈和支架等，并確定數(shù)量，以方便組裝。

（2）其次，將待預(yù)熱筒節(jié)放于滾輪架上，開始組裝預(yù)熱裝置；將標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通與噴嘴螺紋連接，再將耐高溫柔性管與標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通連接，依次連接構(gòu)成整圈；端部連接標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通。

（3）若在筒體外部組裝預(yù)熱裝置，將標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通與支架裝配，校正支架使其跨于焊縫兩側(cè)，并保證預(yù)熱裝置整體平穩(wěn)。

（4）若在筒體內(nèi)部組裝預(yù)熱裝置，將標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通與支架裝配，并用“U”型螺栓加固。組裝完成后，在工裝內(nèi)側(cè)加設(shè)剛性內(nèi)箍圈，使支架平穩(wěn)地靠在筒體內(nèi)壁上。

（5）最后，從標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通另外兩個接口通入可燃?xì)怏w和壓縮空氣，點燃后對筒體焊縫進(jìn)行預(yù)熱。

5 結(jié)論

改裝的預(yù)熱組合工裝具有以下幾個優(yōu)點：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便；

（2）采用耐高溫柔性管連接，能適應(yīng)各種直徑和形狀的設(shè)備，工作效率高；

（3）采用特殊設(shè)計的噴嘴，使燃?xì)馊紵浞?，利用率高，?jié)省能源；預(yù)熱火焰強(qiáng)勁有力，大大縮短了焊縫預(yù)熱時間；

（4）一套工裝即可制作完成，避免了按照直徑和形狀制作其余預(yù)熱工裝的麻煩，節(jié)省了材料，降低了設(shè)備制造周期和成本。

圖6 筒體內(nèi)部使用預(yù)熱工裝簡圖

該組合預(yù)熱工裝通過耐高溫柔性連接管、標(biāo)準(zhǔn)螺紋三通、標(biāo)準(zhǔn)螺紋四通、支架、內(nèi)箍圈和噴嘴的有機(jī)結(jié)合，通過調(diào)節(jié)噴頭的連接數(shù)量控制長度，完成不同直徑、不同厚度，以及不同形狀筒體和壓力容器組件焊縫的焊前預(yù)熱。生產(chǎn)實踐表明，預(yù)熱能夠達(dá)到設(shè)計圖紙及焊接規(guī)范的要求溫度，滿足生產(chǎn)需要。